Die heutigen Integrationsgrade in Informatik und Elektronik sind außergewöhnlich. Tatsächlich können wir heute von System-on-a-Chip sprechen, die praktisch fertig für den Einsatz in vielen Formaten sind. Diese technologische Vision ist jedoch fast ein Jahrhundert alt, und der integrierte Schaltkreis ist ihr höchster Ausdruck. Die Geschichte des ersten integrierten Schaltkreises zu analysieren, ist ein faszinierender Prozess mit einigen widersprüchlichen Daten und mehreren beteiligten Namen…
Der erste integrierte Schaltkreis: „Röhren und Steuern“
Das Konzept des „Alles-in-einem“ kann sich in einen Albtraum verwandeln, wenn es schlecht entwickelt wird und zu mittelmäßigen oder qualitativ minderwertigen Produkten führt. Aber die Elektronik erkannte schnell ihre potenziellen Vorteile. Am Anfang hatten wir nicht einmal Leiterplatten zur Verfügung: Die Schaltungen wurden Punkt zu Punkt aufgebaut und schwebten im Wesentlichen in einem Gehäuse. Die alten Röhrenradios sind hervorragende Beispiele, und einer der ersten großen Fälle von Integration kam durch sie mit der Röhre Loewe 3NF.
Die Firma Loewe-Audion GmbH (die heute noch als Loewe in Deutschland existiert) baute diese Röhre im Jahr 1926, die insgesamt drei Trioden, zwei Kondensatoren und vier Widerstände in einem „Paket“ vereinte. Durch das Hinzufügen passiver Komponenten gelang es Loewe, die Anzahl der Pins auf sechs zu reduzieren, aber das erhöhte die Komplexität des Designs. Jede Komponente musste in ihrer eigenen „Mini-Röhre“ gekapselt werden, um eine Kontamination des Vakuums zu vermeiden.
Es gibt noch einen weiteren interessanten Aspekt neben dem technischen: Loewe baute die 3NF als Weg, um Steuern zu umgehen und seine Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern. Zu dieser Zeit zahlten deutsche Radios Steuern basierend auf der Anzahl der verwendeten Röhren. Loewe begann, Radios auf Basis der 3NF anzubieten, aber der hohe Integrationsgrad führte zu einem neuen Problem: Wenn ein Filament ausfiel, funktionierte das gesamte Radio nicht mehr. Loewe reagierte mit einem Reparaturservice, um beschädigte Filamente zu ersetzen.
Von der Theorie zur Fertigung
In den folgenden Jahrzehnten erforschten mehrere Experten die Idee des integrierten Schaltkreises. Der deutsche Ingenieur Werner Jacobi von Siemens veröffentlichte 1949 das Patent für seinen Verstärker „Halbleiterverstärker“. Der englische Ingenieur Geoffrey Dummer war einer der ersten, der das Potenzial dieser Technologie öffentlich machte, und Ähnliches geschah mit den Ingenieuren Jack Morton von Bell, Sidney Darlington und Yasuo Tarui mit seinem Quadrupol-Transistor.
Eine der grundlegenden Grundlagen für die Entwicklung des integrierten Schaltkreises wurde durch den Passivierungsprozess des ägyptischen Wissenschaftlers Mohamed M. Atalla gelegt, der Siliziumoberflächen durch thermische Oxidation stabilisiert. Damit gelangte man zum sogenannten planaren Prozess, der von Jean Hoerni von Fairchild Semiconductor Anfang 1959 entwickelt wurde, sowie zur „Isolation des pn-Übergangs“. Der Prozess wurde auf unabhängige Transistoren von Kurt Kehovec von Sprague Electric und Robert Noyce von Fairchild im Jahr 1959 (jeweils getrennt) ausgeweitet.
Kilby und Noyce
Jedoch trat 1958 der Ingenieur Jack Kilby Texas Instruments bei, und dort gelang es ihm, seine Idee des integrierten Schaltkreises zu erweitern und im September desselben Jahres den ersten Prototyp zu bauen. Kilby reichte am 6. Februar 1959 ein Patent ein, in dem er eine Schicht oder einen Wafer aus Halbleitermaterial beschreibt, in dem die Komponenten der elektronischen Schaltung integriert sind.
Parallel zu Kilby arbeitete Robert Noyce weiter an seiner eigenen Version des integrierten Schaltkreises und reichte im Juli 1959 sein Patent für „Semiconductor Device and Lead Structure“ ein, abgeleitet vom planaren Prozess von Hoerni. Das Ergebnis war der erste monolithische integrierte Siliziumschaltkreis, während der integrierte Schaltkreis von Kilby eine Hybridkonfiguration hatte und auf Germanium basierte. Aus praktischer Sicht erwies sich Noyces Design als überlegen, und fast alle modernen Chips verwenden die monolithische Struktur.
Der erste integrierte Schaltkreis: eine Erfindung, viele Namen
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es kompliziert ist, vom ersten integrierten Schaltkreis zu sprechen, da viele Namen und Entwicklungen beteiligt sind. Wenn man sich an praktischen und kommerziellen Parametern orientiert, würde jeder sagen, dass die Loewe-Röhre die erste war. Jahre später lieferten sich Fairchild und Texas Instruments jahrelang Patentstreitigkeiten über integrierte Schaltkreise, konnten aber schließlich eine besondere Vereinbarung zwischen den beiden Unternehmen treffen.
Kilby und Noyce wurden im Allgemeinen gleichermaßen als Miterfinder anerkannt: Beide erhielten die National Medal of Science, und Kilby gewann im Jahr 2000 den Nobelpreis, obwohl viele glauben, dass er ihn mit Noyce geteilt hätte, wenn dieser noch gelebt hätte. Noyce erlitt im Juni 1990 einen Herzinfarkt, und Kilby verstarb im Juni 2005. Wahre Giganten, die ihre Spuren hinterließen und die grundlegenden Pfeiler der modernen Elektronik schufen.
Quellen: NASA, Computer History Museum (1, 2), Mike's Electric Stuff.
